СИСТЕМА АРХИТЕКТУРЫ КВАНТОВОГО КОМПЬЮТЕРА Российский патент 2024 года по МПК G06N10/00 G06N10/40 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка представляет собой продолжение международной заявки № PCT/CN2022/093637, поданной 18 мая 2022, которая испрашивает приоритет заявки на патент Китая № 202110590262.8 под названием «Quantum Computer Architecture System», поданной в Патентное ведомство Китая 28 мая 2021 года, все содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к области квантовых вычислений, и в частности к системе архитектуры квантового компьютера.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Квантовый компьютер представляет собой физическое устройство, которое следует законам квантовой механики для выполнения высокоскоростных математических и логических операций, хранения и обработки квантовой информации. Квантовый компьютер в основном характеризуется высокой скоростью работы, высокой способностью обрабатывать информацию, широким спектром применения и тому подобное. По сравнению с обычными компьютерами, чем больше информации обрабатывается, тем выгоднее квантовому компьютеру выполнять вычисления и тем более точные вычисления могут быть обеспечены.

[0004] Квантовый процессор служит основным компонентом квантового компьютера для выполнения вычислений, и объем выполняемых вычислений зависит от количества кубитов, который является наименьшей вычислительной единицей в квантовом процессоре. Для каждого кубита требуется физическая схема управления. В существующей системе архитектуры квантового компьютера физическая схема управления каждого кубита устроена индивидуально. С одной стороны, по мере увеличения кубитов физические схемы управления умножаются, что значительно увеличивает сложность интеграции всего квантового компьютера. С другой стороны, масштабируемость ограничена в случае существующей системы архитектуры квантового компьютера, соответствующей квантовым процессорам с разным количеством кубитов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Целью настоящего изобретения является предоставление такой системы архитектуры квантового компьютера, чтобы устранить недостатки в соответствующей области техники, которая может улучшить интеграцию и масштабируемость квантового компьютера.

[0006] Техническое решение настоящего изобретения заключается в следующем.

[0007] Система архитектуры квантового компьютера содержит: квантовый процессор, содержащий множество кубитов, первое устройство интеграции, выполненное с возможностью реализации сигнала исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре; и центральное устройство управления, выполненное с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов, назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством кубитов, управляемых каждым из одного или более первых интегрированных устройств, и приема объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств интеграции.

[0008] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления центральное устройство управления содержит: первый модуль сбора данных, выполненный с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов; и первый модуль управления, выполненный с возможностью назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и приема объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств интеграции.

[0009] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления битовая информация содержит информацию о количестве битов и идентификационную информацию о кубитах; и первый модуль управления выполнен с возможностью определения подлежащего назначению первого устройства интеграции согласно взаимосвязи между информацией о количестве битов и первым количеством и назначения информации, подлежащей исполнению, определенному подлежащему назначению первому устройству интеграции согласно идентификационной информации о кубитах.

[0010] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первое устройство интеграции содержит: первые сигнальные модули и второй модуль управления. Количество первых сигнальных модулей является первым количеством, и каждый из первых сигнальных модулей выполнен с возможностью обеспечивать один кубит физическим сигналом исполнения и принимать сигнал результата исполнения с кубита. Второй модуль управления подключен к первым сигнальным модулям и выполнен с возможностью определения и отправки каждого фрагмента информации, подлежащей исполнению, в первый сигнальный модуль, соответствующий каждому фрагменту информации, подлежащей исполнению, согласно взаимосвязи между битовой информацией, заданной идентификационной информацией первого сигнального модуля и идентификационной информацией о кубитах, а также приема и отправки сигнала результата исполнения на центральное устройство управления.

[0011] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первые сигнальные модули содержат модуль источника сигнала и модуль обнаружения сигнала.

[0012] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления информация, подлежащая исполнению, связана с операцией квантового логического вентиля, экспериментальной операцией получения параметров кубита и экспериментальной операцией калибровки параметров кубита для кубита, и модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации, связанной с операцией квантового логического вентиля, экспериментальной операцией получения параметров кубита и экспериментальной операцией калибровки параметров кубита.

[0013] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления информация, подлежащая исполнению, связана с операцией измерения показаний кубита, а модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации операции измерения показаний.

[0014] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первые сигнальные модули дополнительно выполнены с возможностью генерирования сигнала готовности, выводимого на центральное устройство управления, приема сигнала запуска, подаваемого обратно центральным устройством управления на основе сигнала готовности, и запуска физического сигнала исполнения, подлежащего выводу на кубит, соответствующий физическому сигналу исполнения, на квантовом процессоре на основе сигнала запуска.

[0015] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления второй сигнальный модуль и первые сигнальные модули расположены на объединительной плате; и каждый из первых сигнальных модулей подключен ко второму модулю управления через линию передачи в объединительной плате.

[0016] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первое устройство интеграции предусмотрено в первой пространственной области, а центральное устройство управления предусмотрено во второй пространственной области. Вторая пространственная область отличается от первой пространственной области.

[0017] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первое устройство интеграции и центральное устройство управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть.

[0018] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления система архитектуры квантового компьютера дополнительно содержит терминал, выполненный с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, которая должна быть выполнена на квантовом процессоре, и отправки битовой информации и информации, подлежащей исполнению, на центральное устройство управления.

[0019] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления терминал и центральное устройство управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть.

[0020] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первое устройство интеграции дополнительно выполнено с возможностью реализации сигнала исполнения кубитов второго типа согласно результату исполнения кубитов первого типа. Кубиты первого типа включены в квантовую схему, формирующую условие управления логического оператора управления; а кубиты второго типа включены в квантовую схему, формирующую оператор выполнения управления структуры логического оператора управления. Условие управления зависит от результата исполнения кубитов квантовой схемы, представляющей условие управления.

[0021] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления центральное устройство управления дополнительно выполнено с возможностью реализации, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, управляемых одним из первых устройств интеграции, сигнала исполнения кубитов второго типа, управляемых другим из первых устройств интеграции. Кубиты первого типа включены в квантовую схему, формирующую условие управления логического оператора управления; а кубиты второго типа включены в квантовую схему, формирующую оператор выполнения управления структуры логического оператора управления. Условие управления зависит от результата исполнения кубитов квантовой схемы, представляющей условие управления.

[0022] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления центральное устройство управления снабжено таблицей поиска соответствия между кубитами первого типа, первым устройством интеграции, соответствующим кубитам первого типа, кубитами второго типа и первым устройством интеграции, соответствующим кубитам второго типа.

[0023] По сравнению с известным уровнем техники, система архитектуры квантового компьютера в настоящем изобретении содержит: квантовый процессор, первое устройство интеграции и центральное устройство управления. Квантовый процессор содержит множество кубитов. Первое устройство интеграции выполнено с возможностью реализации сигналов исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре. Центральное устройство управления выполнено с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов, назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и приема объединения результатов исполнения с первого устройства интеграции.

[0024] Согласно настоящему изобретению, первое устройство интеграции выполнено с возможностью обеспечения первого количества кубитов на квантовом процессоре сигналами исполнения и получения результатов исполнения и объединения результатов исполнения, а центральное устройство управления вызывает одно или более из первых устройств интеграции согласно полученным требованиям (т.е. битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов). Первое устройство интеграции выполнено с возможностью взаимодействия с центральным устройством управления и реализации сигналов исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре, таким образом, что улучшается общая степень интеграции квантового компьютера. Первое устройство интеграции, центральное устройство управления и взаимодействие между центральным устройством управления и первым устройством интеграции выполнены так, что улучшается масштабируемость всего квантового компьютера для адаптации к увеличению количества кубитов в квантовом процессоре.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0025] Для того чтобы лучше проиллюстрировать технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения, ниже будут кратко представлены сопроводительные графические материалы, используемые в описании вариантов осуществления. Очевидно, что сопроводительные графические материалы в следующем описании являются лишь некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения и другие графические материалы могут быть получены специалистами в данной области техники из предоставленных графических материалов без творческих усилий.

[0026] На фиг. 1 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0027] На фиг. 2 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0028] На фиг. 3 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0029] На фиг. 4 показано визуальное представление квантовой схемы логического оператора управления в квантовой программе.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0030] Некоторые варианты осуществления, описанные ниже со ссылкой на графические материалы, являются примерными, предназначены лишь для объяснения настоящего изобретения и не должны толковаться как ограничения настоящего изобретения.

[0031] На фиг. 1 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 1, система архитектуры квантового компьютера содержит: квантовый процессор 1, одно или более первых устройств 3 интеграции и центральное устройство 2 управления.

[0032] Квантовый процессор 1 содержит множество кубитов. Одно или более первых устройств 3 интеграции выполнено с возможностью реализации сигнала исполнения и совокупности результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре 1. Центральное устройство 2 управления выполнено с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов, назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам 3 интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и получения объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств 3 интеграции.

[0033] Согласно настоящему изобретению, первое устройство интеграции выполнено с возможностью обеспечения первого количества кубитов на квантовом процессоре 1 сигналами исполнения и получения результатов исполнения и объединения результатов исполнения, и центральное устройство управления вызывает одно или более из первых устройств интеграции согласно полученным требованиям (т.е. битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов). Первое устройство интеграции выполнено с возможностью взаимодействия с центральным устройством управления и реализации сигналов исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре, таким образом, что улучшается общая степень интеграции квантового компьютера. Первое устройство интеграции, центральное устройство управления и взаимодействие между центральным устройством управления и первым устройством интеграции выполнены так, что улучшается масштабируемость всего квантового компьютера для адаптации к увеличению количества кубитов в квантовом процессоре.

[0034] Следует отметить, что квантовый процессор 1 содержит множество кубитов, а кубиты являются базовыми блоками для хранения квантовой информации и выполнения квантовых вычислений. Нет никаких конкретных ограничений на реализацию физического аппаратного обеспечения кубитов. Примерами кубитов являются сверхпроводящие кубиты и полупроводящие кубиты.

[0035] На фиг. 2 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. В качестве варианта осуществления настоящего изобретения, относящегося к фиг. 2, центральное устройство 2 управления содержит первый модуль 21 сбора данных и первый модуль 22 управления. Первый модуль 21 сбора данных выполнен с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов. Первый модуль 22 управления выполнен с возможностью назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам 3 интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и приема объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств 3 интеграции.

[0036] Например, первый модуль 21 сбора данных может вызывать конкретное устройство через интерфейс для получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов. В качестве примера, конкретное устройство представляет собой устройство, которое получает битовую информацию подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информацию, подлежащую исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1.

[0037] Следует отметить, что технологический процесс получения на конкретном устройстве битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1, не относится к содержанию, для которого испрашивается защита в настоящем изобретении. Подробное введение в настоящем документе не приводится.

[0038] В качестве примера, конкретное устройство представляет собой терминал, выполняющий функцию процессора. В качестве примера, терминал с функцией процессора представляет собой терминальный компьютер, на который загружено программное обеспечение для компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1, или же терминал с функцией процессора представляет собой сервер, на который загружено программное обеспечение для компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1.

[0039] В качестве варианта осуществления настоящего изобретения, также относящегося к фиг. 2, система архитектуры квантового компьютера дополнительно содержит терминал, выполненный с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1, и отправки битовой информации и информации, подлежащей исполнению, на центральное устройство 2 управления. Терминал и центральное устройство 2 управления могут осуществлять связь друг с другом через беспроводную сеть или проводную сеть. В некоторых вариантах осуществления терминал и центральное устройство 2 управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть.

[0040] В качестве варианта осуществления настоящего изобретения терминал дополнительно выполнен с возможностью отправки битовой информации на первое устройство 3 интеграции, и первое устройство 3 интеграции и терминал могут осуществлять связь друг с другом через беспроводную сеть или проводную сеть. В некоторых вариантах осуществления терминал и центральное устройство 2 управления осуществляют связь друг с другом через беспроводную сеть. Посредством передачи битовой информации между терминалом и первым устройством 3 интеграции может быть реализована конструкция, при которой первое устройство 3 интеграции передает информацию на центральное устройство 2 управления по требованию на основе битовой информации. В качестве примера, сигнал готовности, указывающий на то, что первое устройство 3 интеграции готово начать работу, может быть отправлен в соответствующую приемную позицию в центральном устройстве 2 управления в соответствии с битовой информацией.

[0041] Следует отметить, что физическим аппаратным обеспечением терминала может быть, например, компьютер, сервер или тому подобное.

[0042] В качестве варианта осуществления настоящего изобретения битовая информация содержит информацию о количестве битов и идентификационную информацию о кубитах, и первый модуль 22 управления выполнен с возможностью определения подлежащего назначению первого устройства 3 интеграции согласно взаимосвязи между информацией о количестве битов и первым количеством и назначения информации, подлежащей исполнению, определенному подлежащему назначению первому устройству 3 интеграции в соответствии с идентификационной информацией о кубитах.

[0043] В качестве примера, информация о количестве битов в битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 определяется как требующая 6 кубитов, идентификационная информация о кубитах определяет, что 6 кубитов представляют собой Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 и Q5, соответственно, и первое количество равно 3. То есть каждое из первых устройств 3 интеграции управляет 3 кубитами. Затем два подлежащих назначению первых устройства 3 интеграции определяются согласно взаимосвязи между информацией о количестве битов и первым количеством, которые, как предполагается, пронумерованы как устройство 1 и устройство 2 соответственно. Устройство 1 управляет кубитами Q0, Q2 и Q4, а устройство 2 управляет кубитами Q1, Q3 и Q5. В результате указанное назначение информации, подлежащей исполнению, определенному первому устройству 3 интеграции, подлежащему назначению, в соответствии с идентификационной информацией о кубитах, конкретно включает: отправку информации, подлежащей исполнению, соответствующей кубитам Q0, Q2 и Q4, на устройство 1 и отправку информации, подлежащей исполнению, соответствующей кубитам Q1, Q3 и Q5, на устройство 2.

[0044] Следует отметить, что информация, подлежащая исполнению, соответствующая кубиту, относится к информации, связанной с операцией квантового логического вентиля, которая должна быть применена к кубиту, причем операция квантового логического вентиля включает подлежащие задействованию одиночный квантовый логический вентиль или комбинацию множества квантовых логических вентилей, включая хронометраж операций, и информация, связанная с операцией квантового логического вентиля, является информацией о форме сигнала, то есть информацией о форме сигнала, соответствующей одиночному квантовому логическому вентилю, или информацией о форме сигнала, соответствующей комбинации множества квантовых логических вентилей, включая хронометраж операций.

[0045] В качестве варианта осуществления настоящего изобретения, также относящегося к фиг. 2, первое устройство 3 интеграции содержит первые сигнальные модули 31 и второй модуль 32 управления.

[0046] Количество первых сигнальных модулей 31 устанавливается равным первому количеству, и каждый из первых сигнальных модулей 31 выполнен с возможностью обеспечивать один кубит физическим сигналом исполнения и принимать сигнал результата исполнения с кубита.

[0047] Например, на фиг. 3 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, первый сигнальный модуль 31 содержит модуль 311 источника сигнала и модуль 312 обнаружения сигнала. Модуль 311 источника сигнала выполнен с возможностью генерирования конкретного физического сигнала исполнения. Модуль 312 обнаружения сигнала выполнен с возможностью получения сигнала, подаваемого обратно кубитом, для получения сигнала результата исполнения кубита.

[0048] Следует отметить, что согласно функции генерируемого физического сигнала исполнения модуль источника сигнала может быть предоставлен как модуль источника сигнала с единственной функцией или модуля источника сигнала со встроенной функцией. В качестве примера, для сверхпроводящих кубитов, сверхпроводящим кубитам требуются два типа сигналов с разными функциями, а именно физический сигнал исполнения для реализации операции квантового логического вентиля, подлежащей исполнению на кубите, и физический сигнал исполнения, используемый для считывания квантового состояния кубита соответственно. Источники сигналов, которые генерируют два типа физических сигналов исполнения, могут быть выполнены как модуль источника сигнала со встроенной функцией или как подмодули источника сигнала с отдельными функциями соответственно.

[0049] Следует отметить, что, когда источники сигналов физических сигналов исполнения, которые реализуют разные функции, соответственно используются как подмодули источника сигнала с отдельными функциями, все подмодули источника сигнала для одного кубита образуют один модуль источника сигнала в пределах первого количества, указанного выше.

[0050] Кроме того, следует отметить, что процесс применения физического сигнала исполнения каждого типа функции к кубиту и реализация физического аппаратного обеспечения конкретно не ограничены в этом варианте осуществления.

[0051] Кроме того, следует отметить, что модуль 312 обнаружения сигнала может быть выполнен на основе платы сбора данных.

[0052] Второй модуль 32 управления подключен к первым сигнальным модулям 31 и выполнен с возможностью определения и отправки каждого фрагмента информации, подлежащей исполнению, на первый сигнальный модуль 31, соответствующий каждому фрагменту информации, подлежащей исполнению, в соответствии с битовой информацией и заданной взаимосвязью между идентификационной информацией первого сигнального модуля 31 и идентификационной информации о кубитах, и приема и отправки сигнала результата исполнения на центральное устройство 2 управления.

[0053] В качестве примера, заданная взаимосвязь между идентификационной информацией первого сигнального модуля 31 и идентификационной информацией о кубитах (т.е. заданная взаимосвязь) заключается в том, что идентификационная информация о кубитах Q0, Q1 и Q2 соответствует первому сигнальному модулю 31 с номером 1, первому сигнальному модулю 31 с номером 2 и первому сигнальному модулю 31 с номером 3 в первом устройстве 3 интеграции, соответственно. В результате упомянутое определение и отправка каждого фрагмента информации, подлежащей исполнению, в первый сигнальный модуль 31, соответствующий каждому фрагменту информации, подлежащей исполнению, в соответствии с битовой информацией и заданной взаимосвязью, может включать, например, отправку информации, подлежащей исполнению, соответствующей кубиту Q0, на первый сигнальный модуль 31 с номером 1 в первом устройстве 3 интеграции.

[0054] Следует отметить, что информация, подлежащая исполнению, соответствующая кубиту, относится к информации, связанной с операцией квантового логического вентиля, экспериментальной операцией получения параметров кубита и экспериментальной операцией калибровки параметров кубита, которая должна быть применена к кубиту. Операция квантового логического вентиля включает подлежащий задействованию одиночный квантовый логический вентиль или комбинацию множества квантовых логических вентилей, включая хронометраж операций. Информация, относящаяся к операции квантового логического вентиля, представляет собой информацию о форме сигнала, то есть информацию о форме сигнала, соответствующую одиночному квантовому логическому вентилю, или информацию о форме сигнала, соответствующую комбинации множества квантовых логических вентилей, включая хронометраж операций. В этом случае модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации, связанной с операцией квантового логического вентиля. То есть модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации о форме сигнала. Экспериментальная операция получения параметров кубита включает эксперимент по получению энергетического спектра частотных параметров кубита, эксперимент Рэмси по определению временного параметра когерентности кубита и тому подобное. Связанная информация представляет собой экспериментальную информацию о форме сигнала, и модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации экспериментальной информации о форме сигнала.

[0055] Следует отметить, что информация, подлежащая исполнению, соответствующая кубиту, может быть информацией, связанной с операцией измерения показаний кубита, например информацией о форме сигнала операции измерения показаний соответствующего кубита, и модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации о форме сигнала операции измерения показаний.

[0056] Следует отметить, что физическое аппаратное обеспечение второго модуля 32 управления является аппаратным обеспечением для сбора и назначения сигналов согласно заданному правилу адресации. Заданное правило адресации устанавливается в соответствии с управляющей взаимосвязью между кубитом и первым сигнальным модулем 31. В качестве примера, управляющая взаимосвязь представляет собой заданную управляющую взаимосвязь или фактическую управляющую взаимосвязь.

[0057] Система архитектуры квантового компьютера согласно настоящему изобретению нуждается в запуске приложений, таких как вычисления, для реализации целевой задачи квантовых вычислений. Если в целевой задаче квантовых вычислений возникает ситуация, при которой кубиты должны запускать соответствующую информацию об исполнении в один и тот же момент, соответствующая информация об исполнении кубитов должна отправляться синхронно. Соответственно, в варианте осуществления настоящего изобретения первый сигнальный модуль 31 дополнительно выполнен с возможностью генерирования сигнала готовности, выводимого на центральное устройство 2 управления, приема сигнала запуска, подаваемого обратно центральным устройством 2 управления на основе сигнала готовности, и запуска физического сигнала исполнения, который должен быть выведен на кубит, соответствующий физическому сигналу исполнения, на квантовом процессоре 1 на основе сигнала запуска.

[0058] В этом варианте осуществления, на основе сигнала готовности, выводимого первым сигнальным модулем 31, и сигнала запуска, подаваемого обратно центральным устройством 2 управления на основе сигнала готовности, первый сигнальный модуль 31 запускает физический сигнал исполнения, который должен быть выведен на соответствующий кубит на квантовом процессоре 1, для реализации требования о том, чтобы разные кубиты на квантовом процессоре 1 исполняли соответствующую информацию об исполнении одновременно. Что важно, решена проблема, заключающаяся в том, что трудно синхронизировать тактовые импульсы между первыми сигнальными модулями 31 разного аппаратного обеспечения, когда первые сигнальные модули 31, соответствующие разным кубитам, выводят физические сигналы исполнения.

[0059] В варианте осуществления настоящего изобретения второй сигнальный модуль 22 и первые сигнальные модули 31 расположены на одной объединительной плате, и каждый из первых сигнальных модулей 31 подключен ко второму модулю 22 управления через линию передачи в объединительной плате, таким образом улучшая степень интеграции первого устройства 3 интеграции, а также улучшая степень интеграции квантового компьютера в целом.

[0060] В варианте осуществления настоящего изобретения первое устройство 3 интеграции предусмотрено в первой пространственной области, а центральное устройство 2 управления предусмотрено во второй пространственной области, и вторая пространственная область отличается от первой пространственной области. В варианте осуществления первое устройство 3 интеграции может быть предусмотрено в первой пространственной области, определяемой первым блоком, а центральное устройство 2 управления может быть предусмотрено во второй пространственной области, определяемой вторым блоком. Первое устройство 3 интеграции и центральное устройство 2 управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть. Первое устройство 3 интеграции и центральное устройство 2 управления расположены в разных блоках, и первое устройство 3 интеграции и центральное устройство 2 управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть, тем самым облегчая построение системы архитектуры квантового компьютера и улучшая интеграцию построенной системы архитектуры квантового компьютера.

[0061] Система архитектуры квантового компьютера согласно настоящему изобретению нуждается в запуске приложений, например, для реализации запуска квантовой программы с логическим оператором управления. Можно понять, что структура логического оператора управления в квантовой программе может быть аналогична логическому оператору управления в классической программе. В качестве примера, структура логического оператора управления Qif в квантовой программе аналогична логическому оператору управления if в классической программе, структура логического оператора управления Qfor в квантовой программе аналогична логическому оператору управления for в классической программе и структура логического оператора управления Qwhile в квантовой программе аналогична логическому оператору управления while в классической программе. Отличие состоит в том, что условие управления логического управляющего воздействия в квантовой программе представлено квантовой схемой, и условие управления зависит от результата исполнения кубита в соответствующей квантовой схеме. Оператор выполнения управления логического оператора управления в квантовой программе также представлен квантовой схемой. Исполнение оператора выполнения управления включает, но без ограничения, исполнение, неисполнение и итеративное исполнение, в зависимости от того, выполнено ли условие управления.

[0062] Логический оператор управления в квантовой программе в качестве примера представлен оператором Qif. Например, визуальное представление квантовой схемы логического оператора управления в квантовой программе показано на фиг. 4. Кодированное представление квантовой схемы логического оператора управления в квантовой программе выглядит следующим образом:

[0063] H(q[0]), H(q[1]), H(q[2]), X(q[0]), Y(q[1]), Z(q[2]), M(q[0], c0), M(q[1], c1);

[0064] Qif(c0 & c1==1)

[0065] Y(q[1]), Z(q[2]), M(q[0], c0), M(q[1], c1), M(q[2], c2).

[0066] В приведенном выше примере q[0]), q[1] и q [2] все представляют кубиты, H, X, Y и Z все представляют квантовые логические вентили, а M(q[n], cn) обозначает измерение кубита q[n] для получения результата его исполнения и сохранение результата исполнения в регистре cn, где n=0, 1, 2.

[0067] В приведенном выше примере Qif(c0 & c1==1) обозначает, что Y(q[1]), Z(q[2]), M(q[0], c0), M(q[1], c1), M(q[2], c2) исполняются, когда значение в регистре c0 и значение в регистре c1 оба равны 1.

[0068] Для реализации запуска квантовой программы с логическим оператором управления первое устройство 3 интеграции системы архитектуры квантового компьютера согласно настоящему изобретению дополнительно выполнено с возможностью реализации сигнала исполнения кубитов второго типа согласно результату исполнения кубитов первого типа. Кубиты первого типа включены в квантовую схему, формирующую условие управления логического оператора управления. Кубиты второго типа включены в квантовую схему, формирующую оператором выполнения управления структуры логического оператора управления. Условие управления зависит от результата исполнения кубитов квантовой схемы, представляющей условие управления. Можно понять, что результатом исполнения в настоящем документе является внутреннее квантовое состояние, полученное путем коллапса измерения квантового состояния кубита. Например, для кубита результатом исполнения является 0 или 1.

[0069] Первое устройство 3 интеграции с вышеуказанной конфигурацией может реализовать логический оператор управления квантовой программы в одном первом устройстве 3 интеграции. Первое устройство 3 интеграции реализует сигнал исполнения кубитов второго типа согласно результату исполнения кубитов первого типа. В варианте осуществления первое устройство 3 интеграции содержит первые сигнальные модули 31 и второй модуль 32 управления.

[0070] Количество первых сигнальных модулей 31 устанавливается равным первому количеству, часть первых сигнальных модулей 31 выполнены с возможностью обеспечения кубитов первого типа физическими сигналами исполнения и приема сигналов результата исполнения от кубитов, а другая часть первых сигнальных модулей 31 выполнена с возможностью обеспечения кубитов второго типа физическими сигналами исполнения и получения сигналов результата исполнения от кубитов.

[0071] Второй модуль 32 управления подключен к первым сигнальным модулям 31 и выполнен с возможностью определения и отправки информации, подлежащей исполнению, кубитов второго типа в соответствующие первые сигнальные модули 31 в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, битовой информацией и заданной взаимосвязью между идентификационной информацией первого сигнального модуля 31 и идентификационной информацией о кубитах.

[0072] Для реализации запуска квантовой программы с логическим оператором управления центральное устройство 2 управления системы архитектуры квантового компьютера согласно настоящему изобретению дополнительно выполнено с возможностью реализации, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, управляемых одним из первых устройств 3 интеграции, сигнала исполнения кубитов второго типа, управляемых другим из первых устройств 3 интеграции.

[0073] Центральное устройство 2 управления с вышеуказанной конфигурацией может реализовывать логический оператор управления квантовой программы между центральным устройством 2 управления и первыми устройствами 3 интеграции. Центральное устройство 2 управления выполнено с возможностью реализации, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, управляемых одним из первых устройств 3 интеграции, сигнала исполнения кубитов второго типа, управляемых другим из первых устройств 3 интеграции, и снабжено таблицей поиска соответствия между кубитами первого типа, первым устройством 3 интеграции, соответствующим кубитам первого типа, кубитами второго типа и первым устройством 3 интеграции, соответствующим кубитам второго типа.

[0074] В варианте осуществления результат исполнения кубитов первого типа отправляется в центральное устройство 2 управления через соответствующее первое устройство 3 интеграции, и центральное устройство 2 управления определяет порядковый номер первого устройства 3 интеграции, соответствующего подлежащим исполнению кубитам второго типа, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа и встроенной таблицей поиска соответствия между кубитами первого типа, первым устройством 3 интеграции, соответствующим кубитам первого типа, кубитами второго типа и первым устройством 3 интеграции, соответствующим кубитам второго типа.

[0075] В описании спецификации ссылочные термины, такие как «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «примеры» и «конкретные примеры», означают, что конкретный признак, структура, материал или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления или примером, включены в по меньшей мере один вариант осуществления или пример настоящего изобретения. В спецификации схематические выражения для приведенных выше терминов не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления или примеру. Более того, описанные конкретный признак, структура, материал или характеристика могут быть объединены в одном или более вариантах осуществления любым подходящим образом. Кроме того, специалисты в данной области техники могут комбинировать и комбинировать разные варианты осуществления или примеры, описанные в данной спецификации.

[0076] Приведенное выше представляет собой только предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и никоим образом не ограничивает настоящее изобретение. Любая эквивалентная замена или модификация, произведенная любым специалистом в данной области техники в отношении технического решения и технического содержания, раскрытых в настоящем изобретении, без отступления от объема технического решения настоящего изобретения, не отступает от содержания технического решения настоящего изобретения и по-прежнему попадает в рамки объема правовой охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к области квантовых вычислений. Технический результат заключается в улучшении масштабируемости квантового компьютера для адаптации к увеличению количества кубитов в квантовом процессоре. Система архитектуры квантового компьютера содержит квантовый процессор, первое устройство интеграции и центральное устройство управления. Квантовый процессор состоит из множества квантовых битов; первое устройство интеграции выполнено с возможностью реализации объединения сигнала исполнения и результата исполнения первого количества квантовых битов на квантовом процессоре; центральное устройство управления выполнено с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению квантовых битов и информации, подлежащей исполнению, каждого из квантовых битов, подлежащих исполнению на квантовом процессоре, назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и приема объединения результатов исполнения с первого устройства интеграции. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система архитектуры квантового компьютера, содержащая:

квантовый процессор, содержащий множество кубитов;

первое устройство интеграции, выполненное с возможностью реализации сигнала исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре; и

центральное устройство управления, выполненное с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов, назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством кубитов, управляемых каждым из одного или более первых интегрированных устройств, и приема объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств интеграции.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что центральное устройство управления содержит:

первый модуль сбора данных, выполненный с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов; и

первый модуль управления, выполненный с возможностью назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и приема объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств интеграции.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что битовая информация содержит информацию о количестве битов и идентификационную информацию о кубитах; и

при этом первый модуль управления выполнен с возможностью определения подлежащего назначению первого устройства интеграции согласно взаимосвязи между информацией о количестве битов и первым количеством и назначения информации, подлежащей исполнению, определенному подлежащему назначению первому устройству интеграции в соответствии с идентификационной информацией о кубитах.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первое устройство интеграции содержит:

первые сигнальные модули, причем количество первых сигнальных модулей является первым количеством, и при этом каждый из первых сигнальных модулей выполнен с возможностью обеспечивать один кубит физическим сигналом исполнения и принимать сигнал результата исполнения с кубита; и

второй модуль управления, подключенный к первым сигнальным модулям и выполненный с возможностью определения и отправки каждого фрагмента информации, подлежащей исполнению, в первый сигнальный модуль, соответствующий каждому фрагменту информации, подлежащей исполнению, согласно взаимосвязи между битовой информацией, заданной идентификационной информацией первого сигнального модуля и идентификационной информацией о кубитах, а также приема и отправки сигнала результата исполнения на центральное устройство управления.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что первые сигнальные модули содержат модуль источника сигнала и модуль обнаружения сигнала.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что информация, подлежащая исполнению, представляет собой информацию, связанную с операцией квантового логического вентиля, экспериментальной операцией получения параметров кубита и экспериментальной операцией калибровки параметров кубита для кубита, и модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации, связанной с операцией квантового логического вентиля, экспериментальной операцией получения параметров кубита и экспериментальной операцией калибровки параметров кубита.

7. Система по п. 5, отличающаяся тем, что информация, подлежащая исполнению, представляет собой информацию, связанную с операцией измерения показаний кубита, и модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации операции измерения показаний.

8. Система по п. 4, отличающаяся тем, что первые сигнальные модули дополнительно выполнены с возможностью генерирования сигнала готовности, выводимого на центральное устройство управления, приема сигнала запуска, подаваемого обратно центральным устройством управления на основе сигнала готовности, и запуска физического сигнала исполнения, подлежащего выводу на кубит, соответствующий физическому сигналу исполнения, на квантовом процессоре на основе сигнала запуска.

9. Система по п. 4, отличающаяся тем, что второй сигнальный модуль и первые сигнальные модули расположены на объединительной плате; и

при этом каждый из первых сигнальных модулей подключен к второму модулю управления через линию передачи в объединительной плате.

10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первое устройство интеграции предусмотрено в первой пространственной области, а центральное устройство управления предусмотрено во второй пространственной области, и при этом вторая пространственная область отличается от первой пространственной области.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что первое устройство интеграции и центральное устройство управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть.

12. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит терминал, выполненный с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре, и отправки битовой информации и информации, подлежащей исполнению, на центральное устройство управления.

13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что терминал и центральное устройство управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть.

14. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первое устройство интеграции дополнительно выполнено с возможностью реализации сигнала исполнения кубитов второго типа согласно результату исполнения кубитов первого типа; и

при этом кубиты первого типа содержатся в квантовой схеме, формирующей условие управления логического оператора управления; а кубиты второго типа содержатся в квантовой схеме, формирующей оператор выполнения управления структуры логического оператора управления; при этом условие управления зависит от результата исполнения кубитов квантовой схемы, представляющей условие управления.

15. Система по п. 1, отличающаяся тем, что центральное устройство управления дополнительно выполнено с возможностью реализации, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, управляемых одним из первых интегрированных устройств, сигнала исполнения кубитов второго типа, управляемых другим из первых интегрированных устройств; и

при этом кубиты первого типа содержатся в квантовой схеме, формирующей условие управления логического оператора управления; а кубиты второго типа содержатся в квантовой схеме, формирующей оператор выполнения управления структуры логического оператора управления; при этом условие управления зависит от результата исполнения кубитов квантовой схемы, представляющей условие управления.

16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что центральное устройство управления снабжено таблицей поиска соответствия между кубитами первого типа, первым устройством интеграции, соответствующим кубитам первого типа, кубитами второго типа и первым устройством интеграции, соответствующим кубитам второго типа.